塔里木河流域大中型水闸除险加固对策及建议

罗文忠，李 江

(1.喀什叶尔羌河勘测设计院，新疆 莎车 844700；2.新疆塔里木河流域管理局，新疆 库尔勒 841000)

1 基本情况

新疆目前共有各类水闸2566座，其中大型水闸334座，中型水闸299座。塔里木河流域做为全疆重要的流域，其“四源一干”目前有大中型水闸44座，其中大型水闸21座，中型水闸23座，流域数量众多的水闸在灌区引水、生态供水等方面发挥了巨大的作用。

塔里木河流域的水闸建设年限长，数量和类型也比较多，由于当时的经济状况导致所建水闸建设标准低且设施不够完善，这些都是先天性的问题。流域内水闸20世纪60、70年代的约占37%，80、90年代的约占34%，2000年以后建设的约占29%。水闸的布置型式也颇多，几乎包括了所有型式，无坝引水的有英尔引水枢纽、结格及引水枢纽、帕什塔什引水枢纽，有坝引水的有全拦河布置的阿克苏塔里木拦河闸，人工弯道式布置的江卡渠首等。

流域大多数水闸的使用时间都在30～50年之间，随着时间的推移，这些水闸的安全性和使用功能都在不断下降，许多水闸的金属结构和机电设备也都超出了设计的使用年限。自2008年陆续对水闸进行了安全鉴定工作，鉴定为二类闸、三类闸、四类闸的比例大致各占1/3。经过水闸鉴定，我们对需要加固的水闸进行了建设，有效地解决了病险问题，使得汛期溃坝、汛后堵坝的历史得以改变，同时也大大减轻了当地群众的防洪负担，使得防洪、灌溉和供水的能力得到恢复。但由于资金所限，强度不够大，天女散花式投入加固工作，除险加固工作进展缓慢，还需加大加快水闸除险加固力度。随着新时代的到来，为了促进水利高质量发展，我们要加强水闸除险加固工作，积极推进水利设施运行管理标准化，以更加科学、精细的方式改善水利设施的运维，确保水利设施的安全可靠运行。

2 存在的问题

2.1 水闸建筑老化及破损严重，闸门锈蚀，启闭设施和电气设施老化年久失修问题普遍

由于混凝土结构的设计强度偏低，或浆砌石砂浆的质量差，大多数水闸的结构严重的老化。特别是20世纪60、70年代修建的水闸，经过回弹仪的强度检验，强度指标均偏低。检查其碳化深度有些甚至超过了钢筋保护层厚度。如叶尔羌河西岸总干渠的东方红节制分水闸为60年代修建，检查混凝土强度仅相当于C10强度。喀什噶尔河上的塔什米力克闸，闸墩为浆砌石闸墩浆砌石砂浆标号低，闸墩磨蚀严重。

水闸的闸门有些还是混凝土，甚至是木闸门，有些金属闸门已经锈蚀严重，启闭设施简漏，甚至多数长期暴露在外已经老化，闸门受到腐蚀及其电气设备老化，导致其开关机械、电气系统出现故障，甚至已经超出了安全使用寿命。装置存在安全隐患，有些水闸的启闭设备零部件磨损严重，甚至老到已经买不到更换的配件，启闭设施无备用电源、无限位开关等约占到1/3以上，存在较大的安全隐患。有些闸甚至无启闭设备，如车尔臣河塔提让干渠引水闸的启闭机仍是吊葫芦启闭，极为不便。

2.2 水闸建设标准低

2.2.1水闸防洪标准低

防洪标准偏低或灌区引水比较大，用于下泄冲砂水相对较少，导致上游河道淤积，产生防洪标准偏低的问题。另外由于缺乏合理的水闸位置和枢纽布局，使得河床淤积，水体的通行性受到严重影响，过流能力无法满足防洪标准。

由于防洪标准较低，导致水闸的过流能力和闸室顶高程都无法满足宣泄洪水的需求，而且单宽流量也超出了下游河床土质的抗冲能力。这些情况在塔河流域的秋格尔引水枢纽、联合引水枢纽、孔雀河第一分水枢纽、民生渠首、黑孜阿瓦提渠首等闸改造前或现在明显泄洪能力不足问题。

2.2.2抗震标准低

早期流域内水闸在抗震设计方面明显不能满足现行规范的要求，甚至一些90年代的水闸在抗震设计上大多都考虑不足，大多不能满足抗震液化深度的要求。如东方红节制分水闸，闸建于70年代，限于当时的条件，闸并未做基础处理，按现在的抗震要求并不能满足要求，这些闸在非常地震荷载情况下复核计算分析往往是不能满足现行规范要求的。另外提孜那甫河上的汗克尔渠首就没有对软基进行液化处理，目前正在进行的重建工作依据现行规范进行了地基处理。

2.2.3混凝土强度、抗滑、抗倾、抗浮等结构设计指标偏低

由于闸室及翼墙的抗滑、抗倾、抗浮等性能指标未达到相关的规范要求，从而引发了沉降、不均匀沉陷等现象，进而严重损害了其结构的完整性，对其结构的总体稳定性造成了严重的威胁。

早期的水闸在混凝土强度设计上存在着严重的问题，如东方红节制分水闸，其砼强度极低，闸墩及闸下消能防冲设施由于水流的冲刷，强度偏低，遭受严重的破坏，混凝土剥蚀脱落严重。

有些水闸没有对基础部位进行有效地处理，水闸两岸的护岸长度设置较短，渗流稳定不满足要求，渗流破坏严重，闸基受到破坏，出现管涌、流土、基础淘空以及渗漏的情况，如喀群渠首东岸总分水闸的基础淘空，发生渗流破坏，左岸裹头曾洪水过后损毁，后加固重建裹头。

水闸主体结构的安全问题中的下游消能防冲设施损毁现象比较普遍，尤其是出山口的水闸，在设计时大多采用消能裙板的方式消能，裙板损毁比较严重，有些甚至消能裙板已经不能使用，如提孜那甫河上的江卡渠首，在改造前就是如此。

2.3 设施不配套的问题

水闸设施存在不配套的问题，大多水闸存在启闭设备与钢闸门不配套的问题，主要表现在启闭设备功率小，启闭困难，或缺少限位装置导致闸门损坏。有的甚至用吊葫芦作为启闭设施。

水闸管理房的设施简陋、房屋渗漏等问题，房都建在工作桥上，而且窗户玻璃被风沙吹烂，密封性差，闸房内满是尘土，无法满足当前的运行管理要求，此外有些闸没有设置闸房，启闭设备长期暴露在露天，老化程度极其严重。有些启闭设备未安装备用电源，工作桥两旁未设置护栏，存在安全隐患。通信设施也不完善，基本没有监测设施。

2.4 水闸运维管理落后的问题

随着时代的发展，水闸设施在防洪、水资源利用和调度等方面的作用日益凸显。然而，目前水闸设施和管理仍存在一些不足，距离标准化管理的要求还有一定的差距，需要进一步完善和提高。

2.4.1更新改造力度不够

对三类、四类的病险水闸的安全性进行评估，必须尽快采取措施对其进行除险加固和改造，然而，由于大多水闸没有土地确权，必须对当前的用地状况做出相应的调整，而且，由于一些水闸的拆除和重建过程中，会产生较大的动拆迁费用，使得整个过程的完善和推进变得十分缓慢重。

2.4.2缺乏维修养护经费

常规的水闸设施维护修养缺乏经费，且只能修修补补凑合着用，更谈不上根本解决问题了，从而导致设施设备陈旧、破损的情况时有发生，而且，争取国家专项投资资金也较少，无法在短期内解决水闸除险加固问题。

2.4.3人员技能水平低

水闸设施的运维管理需要专业的技术人员来完成，目前由于水闸管理工作的位置相对偏僻，薪资也相对较低，导致人才匮乏；此外，由于职工再教育和再培训的机会有限，使得能够熟练操作、能够迅速解决现场实际问题的闸门运行工的数量大幅减少，这不仅削弱了水闸管理单位的技术能力，也严重影响了水闸的安全运行。

2.4.4智能调度水平较低

水闸日常管理调度还是以人工为主，信息化水平不高，有的闸虽然装有一定的信息化设备，但是限于人员的素质，基本是摆设，并没有真正用起来，已经有的信息化设备主要是监测设备，且由于时间已久，信息化设备更新迭代速度快，缺乏接口设备不能正常使用，也基本处于闲置状态，水闸距离数字孪生所要求的水准相差甚远，水闸没有形成科学调度模型，水闸调度没有形成联动管理，更谈不上智慧管理，与标准化管理要求相比差距较大。

3 建设对策

3.1 统一规划、分步实施

由于流域水闸众多，想一步到位的改造水闸是不可能的，水闸的除险加固需依据投资情况，结合水闸本身的改造条件统一规划实施，主要遵循以下原则：

坚持规划先行，根据水闸的特性、病险情况进行全面规划，做到标本兼治。遵循轻重缓急、分期分批实施、工程措施与其他措施相结合的原则，弄清病险水闸的数量和规模，区分重点和一般水闸，进行建设排序。及时总结经验教训，努力完善除险加固的各项工作，包括安全鉴定、设计和管理等工作。

3.2 除险加固与标准化建设同步

病险水闸除险加固工程建设关系到新疆国计民生，国家设立专项资金开展这项工作，全疆至2019年投资13.96亿元用于28座大中型水闸的加固工作。当前经济社会发展要以推动实现高质量发展，水利工程标准化的管理是保障水利工程安全的必要举措。因此，水闸除险加固工作必须与标准化改造结合实施。

3.3 水闸建设融入水文化元素

水文化是一种深刻影响着人类历史发展的文化现象，它体现了人类如何处理人与水之间的关系，并将这种关系转化为实际的社会结构。当今，文化已经成为一种重要的社会力量，它不仅能够增强民族凝聚力，也能够激发创新能力，从而推动国家的发展。水闸除险加固改造中应体现水文化建设内容，具体就是闸房及管理站房的建设可以结合当地的文化元素展示文化特色，站房的规划可以考虑建设水利历史陈列馆，站房院内园林也可融入文化等，总之将管理站房及闸房等能体现文化元素的地方都融入水文化的建设。

3.4 水闸建设体现“三化”的要求

为了更好地进行水闸的维护和改造，我们应该将其与数字、信息和智能技术相融合，并利用现代技术进行网络信息系统的改造，以便更快地完成对整个流域的水闸工程的监控和管理。依据水闸标准化工作的要求，工作闸门实现远程自动化控制，在枢纽管理站设有集控中心，信号传输到上一级管理局。现有各水闸闸房内及水闸管理范围内布置监控摄像，工作闸门能达到远程自动化控制，可实现实时监控。水闸下泄流量做到自动化控制，集控中心在视频监控与闸门自动化控制可自动切换。枢纽水闸系统的数字化，信息化，智慧化方面结合实施。

4 水闸除险加固具体措施

塔河流域大中型病险水闸主要针对建筑物老化、设计标准不足、结构不安全、金属结构电气设备老化、设施不配套、运维管理不达标等采取相应加固措施，具体措施见表1。

表1 水闸除险加固主要措施表

5 水闸建设建议

5.1 水闸安全鉴定的建议

水闸鉴定应选择有资质的单位承担，根据水闸鉴定的任务要求，先进行水闸现场调查、再进行安全检测和安全复核，最后综合评定水闸的安全级别。这中间水闸的地质情况，金属结构及混凝土结构强度等都需要专业的队伍参与，所以必须选择有相应资质的单位承担。

由于流域内多数水闸建成时间为60、70年代，虽仍在使用，但已经属于超期使用，采用钻芯等方法对水闸的结构破坏影响大，可能因水闸的破坏性检测诱发水闸结构安全问题。有的水闸采用的基础是桩基，对其进行腐蚀性检查需开挖基础取样，可能损坏建筑物的结构安全。建议那些使用年限长，本身结构强度不满足现有规范且超期服役水工建筑可以直接拆除重建；对于难以取样检测的部位，应依据运行情况给出合理的结论，如提河上的黑孜渠首的沉井基础的鉴定。

5.2 水闸布置及结构设计的建议

为了确保灌溉、发电和日常需求的正常运转，水闸的设计必须符合相关的标准，并且能够按照预定的方案提供充分的水源。此外，为了避免污染物的侵入，特别是在多泥沙的河流中，应采用有效的防沙措施，防止有害泥沙进人渠道，以免引起渠首淤积。塔河流域的水闸多是借鉴了前苏联的有关理论及实践成果，如利用的环流原理防止泥沙入渠，在有坝取水渠首中曲线导水墙就是利用M·B波达波夫导流装置，其渠首的河道整治宽度采用的前苏联C.T.阿尔图宁公式。人工弯道式取水枢纽1958年引入了建于前苏联中亚西亚的费尔干地区的费尔干式取水枢纽，如玉田河渠首。这些渠首其出发点均是在当时的资金条件下，利用河道的水沙特性对泥沙分级处理，用现在的眼光看，核心还是为了节省费用，所以布置形式多采用了闸堰的布置，堰的形式处理超标洪水，闸处理常遇洪水，这种布置形式往往导致堰前河道淤积严重，影响了河道的正常运行。如阿克苏河上的艾里西闸，还有喀拉喀什河上的渠首。随着技术的发展，对河道控制能力也加强，对于需修建堰的闸堰结合的渠首可以采用液压钢坝的形式，调整过流，灵活处理不同级别的洪水流量，达到水沙运行更好的控制。同时随着自动化及智慧化水平的提高，对水闸的控制能力的增强，一些闸堰结合布置水闸在改建时完全可以采用全闸方案，这样可以很好地控制河道的来水及泥沙，确保水闸运行更长久。

随着水闸标准化建设持续的推进和高质量的管理要求，水闸要结合水文化体现出文化特点及更具特色的设计来。如闸房可以布置成一体的，体现不同风格的建筑特色，上闸的爬梯也可以结合闸房体现一定的艺术价值。另外可以在结构及信息化设计中采用限位钢缆或无损线缆这些新技术，更好地实现对闸门的控制和管理。

5.3 加大病险水闸除险加固更新改造力度

为了提高水闸的整体效率，我们应该加强对老旧水闸的改造和更新。此外，我们还应该利用水文化和水景观来促进水闸的风貌改善，以提高水闸的安全性、美观性、生态性和文化性。通过这些措施，我们可以提升水闸的环境品质。

5.4 注重水闸加固与标准化改造的衔接

水闸除险加固工作主要是基于工程安全角度进行设计的，水闸标准化工作是基于工程状况安全的前提下实现高质量管理的需要，水闸改造过程中要做好供电改造、闸门改造及闸房改造的衔接，不做重复的工作，对于已经完成除险加固的水闸要尽量确保标准化，在不损害主体工程的同时，做到美观大方实用。在金属结构改造中要事先预留好防冰冻线路及预埋件，在闸房改建中要预留好埋置控制供电线路的位置。

5.5 完善水闸管理制度

为了确保水闸设施的安全运行，我们应该采取有效措施，实现水闸管理的最佳效用，以实现“精细化管理、高质量发展”的目标。科学、规范地进行安全监测，需完善水闸的管理制度和体系，为处理病险水闸的维修和加固提供可靠的依据。

5.6 推进水闸管理范围划定

为了确保水闸的安全运行，应该研究并制定一套可供参考的标准，以确定水闸的管理和保护范围，并建立一套可以推广的经验方法，以确保水闸的合法权益得到有效保障。

5.7 推动水闸智慧管理

为了符合水利部的标准，我们需要整合和归纳所有的水闸的相关信息，包括它们的建造日期、尺寸、地点和装配情况。这些内容将构成一个完整的数字化档案，并定期更新。

通过利用数字技术的发展，我们将扩大水利工程的监控范围，并通过构建完善的水利工程基础信息库来促进水利工程的发展。我们还将利用“一网统管”平台来增强水利工程的感知，并探索智能水利工程的应用，从而更好地保障水利工程的安全。

实施标准化管理是一项艰巨的任务，水闸管理的标准化工作，必须由不同层面的水利管理机构协作完成，以确保其有效性和可持续性。

6 结语

2020年塔里木河流域水资源公报“四源一干”总用水量199.83亿m3，地表水167.03亿m3，这些水量其中大多为水闸管理控制，各闸在水量灌溉调度及洪水调度中起到了重要作用。对现有病险水闸除险加固是十分必要的，文章通过总结流域水闸加固对策及措施，对水闸加固工作具有推进作用。由于流域内水闸分布范围广，水文及地质特性具有复杂性，且有些除险加固工作所采用的措施还需经时间的检验才能有更好的结论，本文所总结具体措施及建议还具有一定的局限性，仅供参考使用。